NL8003503A - Reactor met twee katalysatorbedden met opwaartse stroming. - Google Patents

Description

1 * · i i * VO 0600

Reactor met twee katalysatorbedden met opwaartse stroming.

De uitvinding heeft betrekking op onder druk gebrachte reactors die katalysatorbedden voor opwaartse stroming bevatten, in het bijzonder op een reactor met twee kokende katalysatorbedden die voor evenwijdige opwaartse stroming van de voeding binnen een enkele onder 5 druk gebrachte kamer zijn opgesteld alsmede op een werkwijze voor het toepassen daarvan.

Aangezien de ontworpen stroomsnelheden voor katalytische hogedruk-reacties, zoals petroleumresiduomzetting, koolwaterstof-veredeling, koolvloeibaarmaking en hydrogenering, toenemen tot het punt 10 dat veelvoudige reactors zijn vereist, zoals k - 10 eenheden die parallel of parallel/serie zijn geschakeld, nemen de investeringskosten van dergelijke veelvoudige reactoren aanzienlijk toe. Deze kostenverhogingen zijn in hoofdzaak te wijten aan het verhoogde aantal hogedrukvaten die voor de constructie van de reactoren vereist zijn.

15 Teneinde het aantal individuele drukreactorvaten dat noodzakelijk is voor een hoge stroomcapaciteit tot een minimum terug te brengen, is er voorgesteld twee parallelle stroomreactiezones of katalysatorbedden binnen een enkel langgerekt drukvat te voorzien. Hoewel door deze opstelling de lengte van elke reactor aanzienlijk wordt ver-20 groot, wordt het aantal vereiste dure drukkamers gehalveerd en leidt dit tot een significante totale besparing aan kosten en aan ruimte, die bij een bepaalde totale toevoersnelheidsspecificatie voor de reactorvaten nodig is.

Veelvoudige reactiezones in katalytische reactoren zijn 25 reeds eerder toegepast. B.v. beschrijven de Amerikaanse octrooischriften 2.987.^68 en 3.183.178 de toepassing van reactiezones met een kokend katalysatorbed, die in serie zijn verbonden met een enkele drukkamer, voor het verwerken van petroleum. Reactors met kokende katalysatorbedden die parallel zijn geschakeld binnen een gemeenschappelijke drukkamer 30 zijn blijkbaar niet eerder toegepast. Volgens de uitvinding wordt voorzien in een reactor met tweevoudige kokende katalysatorbedden in parallelle stroomopstelling, waarin tevens beide reactiezones bij voorkeur worden ondersteund door een speciale roosterplaatcombinatie die in het bodemdeel van de reactor is opgesteld. Het onderste rooster wordt in son 35 η.τ 2 hoofdzaak ondersteund door de thermische isolatie in de onderste kamer en voorziet in een uniforme spanningsverdeling tinnen het rooster en de onderste kamer gedurende druk en temperatuurvariaties tijdens de procesbewerkingen.

5 De uitvinding voorziet in een vertikale katalytische reactor met tweevoudige katalysatorbedden die binnen een enkel drukvat boven elkaar zijn geplaatst, alsmede een werkwijze- voor de toepassing . daarvan. De reactorbedden worden in werking gesteld in een- parallelle stroomopstelling van de toevoerstroom voor reactieprocessen waarbij 10 gefluldiseerde of kokende katalysatorbedden worden toegepast met opwaartse stroming. De vloeibare en gasvormige afvoerstroom uit het lagere bed stroomt om het bovenbed en/of door een of meer vertikale leidingen binnen het bovenbed naar de reaetoruitlaatopening.

Het onderste katalysatorreactiebed en de roosterplaat 15 daarvan die een uniforme stroomverdeling in het bed leveren kunnen op elke gebruikelijke wijze zijn ondersteund, zoals door een ringvormige drager van de reactiemantel; bij voorkeur wordt echter de onderste roosterplaat in hoofdzaak ondersteund op de gegoten vuurvaste thermische isolatie die geplaatst is in de bodemkamer van het reactievat. Het bo-20 venste katalysatorreactiebed wordt ondersteund door zijn verticale inlaatleiding, die op zijn beurt bevestigd is aan en wordt gesteund door de onderste roosterplaat.

Het is een voordeel van deze tweevoudige katalysator-bedreactorconfiguratie dat het totale aantal reactievaten dat voor een 25 bepaalde totale toevoerbehoefte nodig is tot de helft wordt verminderd, aangezien de tweevoudige reactor-katalysatorbedden in tandemopstelling zijn aangebracht binnen een gemeenschappelijk drukvat. Hoewel aldus elk reactorvat een grotere lengte heeft, zijn minder kamers en minder uitwendige pijpleidingen noodzakelijk, hetgeen leidt tot een significante 30 totale kostenbesparing. De katalysatorbedden werken in een totale vloeibare fase, waarbij de afvoerstroom uit beide bedden uit de top van het gemeenschappelijke drukvat wordt afgevoerd en geleid naar een verdere verwerking, zoals een uitwendige fasescheiding.

In een ander reactorontwerp met twee kokende bedden, 35 is een aantal buisvormige stijgleidingen voorzien die door het bovenste katalysatorbed heen lopen voor het geleiden van de afvoerstroom uit 800 3 5 03 3 het onderste katalysatorbed, in plaats van dat de totale afvoerstroom om het bovenste reactiebed heen wordt geleid. Tevens is het onderste kat alys at orbed bij voorkeur in hoofdzaak ondersteund op de gegoten vuurvaste thermische isolatie in de bodemkamer van de reactor en wordt door 5 een veelvoud van spanningsorganen tussen de roostercombinatie en de onderste kamer van de reactor belet dat deze een aanmerkelijke opwaartse beweging krijgt. Het bovenste katalysatorbed en de roosterplaatcombinatie daarvan worden ondersteund door de roosterplaatcombinatie voor het onderste katalysatorbed, 10 Een geschikte werkdruk voor deze tweevoudige katalysa- torbedreactor varieert van tenminste ongeveer tot ten hoogste 700. bar (overdruk), terwijl de reactortemperaturen gewoonlijk variëren tussen ongeveer 150 en 815°C. Voor reactors die werken bij temperaturen o . ....

boven ongeveer 200 C is de reactor gewoonlijk inwendig gevoerd met een 15 vaste thermische isolatie die slijtbestendig is. Deze reactorconfigu-ratie is bijzonder bruikbaar voor de katalytische hydrobehandeling van koolwaterstoftoevoerstromen, zoals voor petroleumomzetting en kool-hydrogenering, waarbij het fijnverdeelde katalysatormateriaal tezamen met de toevoerstroom wordt ingevoerd. De deeltjesafmetingen van kata-20 lysatoren die voor de uitvinding bruikbaar zijn, liggen gewoonlijk in het gebied van 20 - h-00 mesh (0,039 - 0,^2 mm), waarbij de katalysator elke bepaalde vorm kan bezitten, zoals korrels of extrudaten. Verbruikte katalysator wordt uit elk bed afzonderlijk naar behoefte afgevoerd om het gewenste niveau van de katalytische activiteit te handhaven.

25 Hoewel de uitvinding kan worden toegepast voor reactoren met elk type fijnverdeelde katalysatorbed met opwaartse stroming, wordt deze het best en bij voorkeur toegepast voor kokende typen katalysatorbedden, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift RE 25770«

Fig 1 toont het reactorvat dat de twee katalysatorbedden 30 bevat die in parallelle stroomopstelling zijn verbonden.

Fig. 2 toont een andere reactorconfiguratie met twee katalysatorbedden in parallelle stroomopstelling, waarbij de roostercombinatie voor het onderste bed in hoofdzaak wordt gedragen door de vuurvaste isolatie.

35 Fig. 3 toont een vergroot aanzicht van de onderste roos ter combinatie waarbij spanningsorganen tussen het rooster en de onder- 800 35 03 k ste kamer aanwezig zijn.

Zoals geïllustreerd in fig., 1 bevat een reactorvat als algemeen aangegeven door 10 een onderste katalysatorbed 12 en een bovenste katalysatorbed 20. De toevoervloeistof aan bet onderste bed 12 5 wordt geleverd via de ringvormige leiding of doorgang 14 en daarna via de onderste roosterplaatcombinatie 16 die een veelvoud van openingen of mondstukken 16a bevat. Het katalysatorbed wordt door de opwaarts -stromende toevoerstroom, welke gewoonlijk een mengsel van vloeistof en gas is, geëxpandeerd tot bet bovenniveau 12a. De roosterplaatcombinatie 10 16 wordt in hoofdzaak gedragen door de vuurvaste isolatie 17 die ge plaatst is binnen de onderste kamer 18 van bet vat, teneinde een uniforme differentiële thermische expansie van de roosterplaat 16 ten opzichte van de wand van bet vat en de kamer 18 te leveren. De roosterplaat-combinatie 16 wordt tevens door inlaatleiding 15 belet een aanmerkelijke 15 opwaartse beweging veroorzaakt door de verschildruk over de mondstukken uit te voeren. Verse katalysator wordt voorzien naar behoefte gemengd •met de voeding, terwijl verbruikte katalysator via leiding 13 naar behoefte wordt afgevoerd om de gewenste katalytische activiteit in bet bed te handhaven.

20 Het bovenste katalysatorbed 20 is opgesteld in een paral lelle fluïdumstroomopstelling met bet onderste bed 12, waarbij de toevoervloeistof naar boven stroomt door de centrale inlaatleiding 21. Het katalysatorbed 20 wordt eveneens door bet naar boven stromende fluïdum tot niveau 20a geëxpandeerd. De centrale leiding 21 levert tevens de 25 ondersteuning voor het bovenste katalysatorbed 20 en de roosterplaat-combinatie 22 en is zelf gesteund door de onderste roostercombinatie 16. De afvoerstroom uit bet onderste bed 12 loopt via de ringvormige door-leiding 2k om bet bovenste bed 20 been en wordt met de afvoer uit bet bovenste bed 20 gecombineerd alvorens bet reactievat via uitlaatopening 30 26 te verlaten. Verse katalysator wordt naar behoefte gemengd met de toevoerstroom terwijl verbruikte katalysator door leiding 23 op gelijke wijze als voor bet onderste bed wordt afgevoerd, waarbij leiding 23 bij voorkeur geplaatst is binnen de inlaatstroomleiding 21. De lengfce/dia-meterverhouding voor elk katalysatorbed in zijn bezonken toestand, dient 35 tussen ongeveer 1 en 10 te liggen, waarbij de lagere verhoudingen gewoonlijk worden toegepast voor bedden met grotere diameter terwijl het 800 3 5 03 % 5 percentage bedexpansie gedurende de bewerking tussen ongeveer 30 en 150$ van de bezonken hoogte dient te liggen. Voor reactor met normale werktemperaturen boven ongeveer 200°C wordt gewoonlijk een inwendige thermische isolatievoering 19 voorzien van erosiebestendig, vast, 5 vuurvast type isolatie, zoals FRACTOCRETE No. 3^00 van Combustion Engineering Company.

Fig. 2 toont een alternatieve stroomconfiguratie voor het bovenste katalysatorbed 20 in reactor 10. Naast de ringvormige passage 2h om het bed voor de afvoer uit het onderste katalysatorbed 12, 10 is tevens een veelvoud van in het algemeen vertikale leidingen 28 door het bed aangebracht. Leidingen 28 lopen door het bovenste rooster 22 en steken een bepaalde hoogte boven het geëxpandeerde katalysatorbed-niveau 20a uit. Indien aldus om de een of andere reden de ringvormige stroompassage 2k gedurende bedrijf verstopt raakt, is een extra stroom-15 passage 28 beschikbaar om de afvoer uit het onderste bed 12 naar de uitlaat 26 te transporteren. Tevens zijn het bovenste bed 20 en de roosterplaat 22 ondersteund door de stroomleiding 21, die op zijn beurt wordt ondersteund door het onderste rooster 16, in hoofdzaak door de vuurvaste isolatie 17 die geplaatst is binnen de ondersue kamer 18. Deze 20 roostersteunopstelling levert een uniforme differentiële thermische expansie van de roosterplaat 16 met betrekking tot de reactorwand 19. Een laag 17a van vuurvaste vezels, zoals Kaowool, van Babcock-Wilcox Co., is bij voorkeur geplaatst tussen de onderste plaat van rooster 16 en de vuurvaste isolatie 17 om een meer uniform contact tussen deze ele-25 menten te leveren. Tevens wordt als vermeld de onderste roosterplaat-combinatie 16 belet een opwaartse beweging veroorzaakt door de ver-schildruk over de roostermondstukken 22a uit te voeren en wel door een veelvoud van spanningsorganen 30 die zich vanaf de roostercombinatie 16 door de vuurvaste isolatie 17 uitstrekken naar de onderste reactorkamer 30 18. Veerdrukmiddelen 32, bij voorkeur een Bellville type veer, zijn voorzien aan het bovenste einde van het orgaan 30 om de thermische expansie van onderdelen van de structuur op te vangen en een netto benedenwaartse kracht op het rooster tegen de isolatie 17 te leveren. Als blijkt uit fig. 3 is een drukvaste dop 3^· voorzien om. de reactordruk 35 binnen de rooster combinatie 16 te handhaven. Veer 32 belet tevens de opwaartse beweging van het rooster.

non 3 >» 03 6

Hoewel de onderste roosterplaatcombinatie 16 in hoofdzaak wordt gesteund door de stijve isolatie 17 > zoals deze wordt toegepast tij de tweevoudige katalysatorbedden, kan deze roostercombinatie tevens met voordeel worden toegepast in een reactor met een enkel 5 katalysatorbed.

800 3 5 03

Claims (15)

1. Werkwijze voor het katalytisch laten reageren van een voeding, gekenmerkt door de volgende trappen: a) een deel van de voeding wordt geleid in een katalysatorbed dat in het onderste deel van een vertikaal georiënteerd 5 reactorvat is opgesteld; b) het resterende deel van de voeding wordt geleid in een katalysatorbed dat in het bovenste deel van het reactorvat is opgesteld; c) de afvoer uit het onderste katalysatorbed wordt om. 10 het bovenste katalysatorbed heen naar boven gevoerd; en d) de afvoer uit beide kataiysatorbedden wordt gecombineerd en als een gemeenschappelijke afvoerstroom uit het reactorvat bij het bovenste einde daarvan afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 totale afvoerstroom uit het onderste katalysatorbed om de omtrek van het bovenste katalysatorbed naar boven stroomt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ' de afvoer uit het onderste katalysatorbed door een veelvoud van leidin gen die door het bovenste katalysatorbed heen steken, naar boven door 20 het bovenste katalysatorbed heenstroomt. k» Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voeding- een zware koolwaterstofolie is en lagerkokend gas- en vloeibare afvoerprodukten worden gevormd door een katalytische reductie in het drukgebied van 1U - 700 bar (overdruk) en een temperatuur van 150 -25 815°C.

5. Katalytische reactorcombinatie omvattende: a) een vat met bovenste en onderste kamers; b) een katalysatorbed geplaatst in het onderste deel van het vat boven een roosterplaat; 30 c) een katalysatorbed geplaatst in het bovenste deel van het vat en via het stroomverdeelrooster van het onderste bed ondersteund door een langwerpige iniaatpijp, welk bovenste bed zodanig is opgesteld, dat de afvoer uit het onderste bed om het bovenste bed heen kan lopen; 800 3 5 03 d) leidingen voor het invoeren van een toevoerstroom in het onderste katalysatorbed; e) leidingen voor het afzonderlijk invoeren van een toe-voerstroom in het bovenste katalysatorbed; 5 f) uitlaatmiddelen voor het uit de reactor afvoeren van de gecombineerde afvoerstroom uit beide katalysatorbedden bij het boveneinde daarvan. v,

6. Reactor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het . bovenste katalysatorbed een buitendiameter heeft die kleiner is dan die 10 van de binnenwand van het vat, welk bed centraal is geplaatst en een ringvormige ruimte tussen het katalysatorbed en het inwendige wandopper-vlak van de reactor vrijlaat voor de doorvoer van de afvoer uit het onderste bed.·

7. Reactor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het 15 bovenste katalysatorbed een veelvoud van leidingen bevat die vertikaal · daar doorheen lopen en afvoer uit het onderste bed naar de reactoruit-laatorganen doorlaten.

8. Reactor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het bovenste katalysatorbed wordt gesteund door het stroomverdeelrooster 20 van het onderste bed.

9. Reactor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de onderste roosterplaat in hoofdzaak wordt gesteund door een vaste thermische isolatie in de onderste kamer en door een veelvoud van spannings-organen die zich uitstrekken tussen het rooster en de onderste kamer 25 van de reactor wordt belet een aanmerkelijke opwaartse beweging te maken.

10. Reactor volgens conclusie 5» met het kenmerk, dat de reactor inwendig is gevoerd met een vaste thermische isolatie.

11. Katalysatorbedtype reactoreombinatie, met het kenmerk, 30 dat deze omvat: a) een drukvat met bovenste en onderste kamers dat een vaste thermische isolatie bevat, grenzend aan de inwendige wand daarvan; b) een onderste katalysatorbed opgesteld in het onder-35 ste deel van het vat boven een stroomverdeelroosterplaat, welk rooster in hoofdzaak is gesteund door de vaste thermische isolatie geplaatst in 800 3 5 03 de onderste kamer; c) een bovenste katalysatorbed geplaatst in bet bovenste deel van bet vat en ondersteund door de onderste stroomverdeel-roosterplaat via een langwerpige inlaatpijp, welk bovenste bed zodanig 5 is aangebracht, dat de afvoer uit het onderste bed om het bovenste bed been loopt; ' d) leidingen voor bet in opwaartse richting invoeren van een toevoerstroom onder druk door de onderste roosterplaat; e) leidingen voor bet afzonderlijk invoeren van een 10 toevoerstroom in bet bovenste katalysatorbed; f) structuuronderdelen voor het beletten van een opwaartse beweging van de onderste roosterplaat veroorzaakt door een daarin bestaand drukverschil, en g) uitlaat organen voor bet af voeren van de gecombineer-15 de afvoerstroom uit beide katalysat orbedden van de reactor bij bet bovenste einde daarvan.

12. Combinatie volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de roosterplaatcombinatie· een veelvoud van mondstukopeningen in bet bovenste oppervlak daarvan bevat en de onderdelen die de opwaartse bewe- 20 ging beletten, éfen veelvoud van staven omvatten die bet rooster met de onderste kamer verbinden.

13. Combinatie volgens conclusie 11, met bet kenmerk, dat de roosterplaatcombinatie wordt belet een opwaartse beweging te maken door een buisvormige verbinding tussen de binnendiameter van. het 25 rooster en de reactorinlaatmondstukopening. ik, Katalytische bedtype reactorcombinatie omvattende: a) een drukvat met boven- en onderkamers; b) een katalysatorbed opgesteld in bet onderste deel van bet vat en boven een stroomverdeelroosterplaat, welk rooster in 30 hoofdzaak wordt gesteund door vaste thermische isolatie geplaatst in de onderste kamer; c) leidingen voor het in opwaartse richting invoeren van een toevoerstroom in de onderste roosterplaat; d) structuuronderdelen voor het beletten van de op-35 waartse beweging van de roosterplaat veroorzaakt door een daarin bestaand drukverschil, en 800 3 5 03 e) een uitlaatorgaan voor het afvoeren van de afvoer-stroom uit het katalysatorbed.

15. Combinatie volgens conclusie ih, met het kenmerk, dat de roosterplaateombinatie een veelvoud van mondstukopeningen in het bo- 5 venoppervlak daarvan bevat, waarbij de onderdelen die de opwaartse beweging beletten een veelvoud van staven omvatten die het rooster met de onderste kamer verbinden»

16. Combinatie volgens conclusie ih, met het kenmerk, dat de roosterplaateombinatie wordt belet een opwaartse beweging uit te voe-10 ren door een buisvormige verbinding tussen de binnendiameter van het rooster en de reactorinlaatmondstukopening.

17. Combinatie volgens conclusie 1U, met het kenmerk, dat de reactor inwendig is gevoerd met een vaste thermische isolatie. 800 35 03